JP4167993B2 - 薬剤含浸方法 - Google Patents
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Description
そこで、従来から、溶液に圧力をかけて無理やり孔に溶液を押し込む方法(以下、液体圧入法と略す。例えば、JIS-A9002)あるいは拡散係数の高い超臨界流体の利用(以下、本発明と区別するため単純な超臨界流体利用法と略す)が考えられている。ところが、いずれの方法も次のような問題を抱えている。
(1)材料に薬剤を含浸させる方法において、超臨界又は亜臨界状態における二酸化炭素に薬剤が混合している低密度の薬剤混合相を形成し、次いで前記薬剤混合相の密度を高密度に上昇させて材料に薬剤を含浸させることを特徴とする薬剤含浸方法(請求項1)。
(2)前記材料が木材であることを特徴とする請求項1記載の薬剤含浸方法(請求項2)。
(3)前記薬剤混合相の圧力を上昇させてその密度を高密度に上昇させることを特徴とする請求項1又は2に記載の薬剤含浸方法(請求項3)。
(4)二酸化炭素に薬剤を混合し、5〜20MPaの圧力下で木材と接触させた後、10〜40MPaに昇圧して木材に薬剤を含浸させることを特徴とする請求項2に記載の薬剤含浸方法(請求項4)。
(5)木材と二酸化炭素とを10〜40MPaの圧力下で接触させ、薬剤を混合した後、5〜20MPaに降圧し、再び10〜40MPaに昇圧して木材に薬剤を含浸させることを特徴とする請求項3に記載の薬剤含浸方法(請求項5)。
(6) 密度上昇前の薬剤混合相の密度に対する密度上昇後の薬剤混合相の密度の比が1.2以上であることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の薬剤含浸方法(請求項6)。
との比は2.7ということになる。10MPaのときのCO2は相対的に低密度であるため、拡散係数が高く、これに薬剤を含浸すべき多孔質材料が接していると材料中に存在していた空気などのガスは容易にCO2と置換されることになる。なお、この薬剤混合CO2相の密度は薬剤を混合しない単独のCO2の密度より僅かに高いが薬剤の混合量が極めて少量(1%以下)であるため、実質的には単独のCO2の密度と同じとみなして差し支えないため以下の説明においては両者を厳密に区別しないこととする。。
ΔV= W(1/d1 - 1/d2) 、ΔV/V1=d1(1/d1 - 1/d2)となる。
が60%減少することとなる。体積が減少する前にCO2中に存在していた物質は収縮した後のCO2が占める場所に必然的に移動することとなり速やかな物質移動が生じることになる。
薬剤混合CO2相が多孔質材料に接していると、前記低密度状態においては気体に近いため前述のように十分な拡散力があり粘性も低く多孔質媒体内に閉じ込められた空気等は拡散により容易にCO2と置き換わることになる。そして高密度状態に向かって密度が高くなるにつれて薬剤とCO2がよく混合して、多孔質材料内部まで移動することから、表面層にのみ薬剤が残留するようなこともなくなり、短時間に且つ効果的に材料に薬剤を含浸させることができる。
以下に実施例を示し、本発明に係る含浸方法の優れた効果を実証する。
1)試験片
1辺が20mmの正方形断面を持つ長さ100mmの木材片を試験片として用いた。木材は、カラマツから切り出したもので、幹の周囲部分から取り出したもの(以下、辺材と略す)と幹の中心部から切り出したもの(以下、心材と略す)を用いた。いずれも、幹の成長方向に100mm、それに垂直な方向に20mmとなるように切り出した。
2)薬剤
金属石鹸の一種であるバーサチック酸亜鉛を石油系溶剤に10wt%溶解したものを用いた。薬剤の含浸状態は、試験後の木材を断面方向に切断し、その断面にジチゾンのクロロホルム溶液を塗布して赤色の発色により確認した。表面から赤く発色した領域の深さを測定し含浸状況の指標とした。
3)試験方法
図8に実験に用いた装置フロー図を示す。まず、高圧容器5の中に対象となる多孔質材料(木材試験片)6を入れる。高圧容器5はヒータまたは恒温槽8によって所定の温度に保たれている。CO2ボンベ1からCO2ポンプ2によってCO2を高圧容器5に投入する。このとき、圧力調整バルブの設定圧力を所定の圧力P1に設定する。バルブ7は圧力調整バルブであり、系内を設定した所定圧力に保つようにバルブが自動的に開閉する。
5-1)CO2のみで加圧した場合
上記操作において、設定温度60℃、設定圧力P1を15MPaまたは30MPaに設定した圧力一定モードの操作方法で、相溶剤とバーサチック酸亜鉛を用いずにCO2のみで一時間カラマツ心材を処理した。処理前後で、カラマツ心材の寸法は変わらず、また割れも見られなかった。このことから、CO2は木材の中へ容易に入り込み、木材内部と外部の差圧は生じないことがわかった。
5-2)圧力一定モード
相溶剤として、ヘキサンおよびエタノールを用いて圧力一定モードでスギ辺材を処理した。設定温度は60℃、設定圧力は15MPaまたは30MPaとしバーサチック酸亜鉛濃度は0.5〜5wt%とした。各処理後の薬剤の含浸状態を評価した結果を比較例1〜5として表1に示す。いずれの条件下においても、バーサチック酸亜鉛の表面からの含浸深さは1mmを超えることは無かった。用いた試験片の厚みは20mmであり、明らかにこれらの条件では深さ方向への薬剤含浸は表面のごく近傍のみに限られていることがわかった。
1:CO2ボンベ、2:薬液タンク、3:CO2ポンプ、4:薬液ポンプ、5:高圧容器
6:多孔質材料(木材試験片)、7:圧力調整バルブ、8:恒温槽またはヒータ
Claims (6)
- 材料に薬剤を含浸させる方法において、超臨界又は亜臨界状態における二酸化炭素に薬剤が混合している低密度の薬剤混合相を形成し、次いで前記薬剤混合相の密度を高密度に上昇させて材料に薬剤を含浸させることを特徴とする薬剤含浸方法。
- 前記材料が木材であることを特徴とする請求項1記載の薬剤含浸方法。
- 前記薬剤混合相の圧力を上昇させてその密度を高密度に上昇させることを特徴とする請求項1又は2に記載の薬剤含浸方法。
- 二酸化炭素に薬剤を混合し、5〜20MPaの圧力下で木材と接触させた後、10〜40MPaに昇圧して木材に薬剤を含浸させることを特徴とする請求項2に記載の薬剤含浸方法。
- 木材と二酸化炭素とを10〜40MPaの圧力下で接触させ、薬剤を混合した後、5〜20MPaに降圧し、再び10〜40MPaに昇圧して木材に薬剤を含浸させることを特徴とする請求項3に記載の薬剤含浸方法。
- 密度上昇前の薬剤混合相の密度に対する密度上昇後の薬剤混合相の密度の比が1.2以上であることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の薬剤含浸方法。
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